JP6917793B2 - 電流調節回路、それを用いた電源管理回路 - Google Patents
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Description
VCS=K×R×I1
ミラー比Kが変動すると、
VCS=K×R×I1
で表される電流検出信号VCSが、電流I1に比例しなくなるため、電流の検出精度が低下する。
この態様によると、電流レンジに応じて、第1トランジスタのサイズ、すなわちオン抵抗を切りかえることが可能となる。これにより、第2トランジスタの両端間電圧(電圧降下)の電圧の変動幅を狭めることができ、幅広い電流範囲で電流調節機能を提供できる。
これにより、電流のオーバーシュートを抑制できる。
これにより、電流のオーバーシュートを抑制できる。
これにより、急峻な負荷変動が発生した場合にも電流を制限できる。
半導体チップの検査工程では、イミュニティ試験が行われ、たとえばトランジスタに大電流を流しても、機能、安全性に問題がないことを確認される。プローブに、許容値を超える大電流を流すと、プローブが損傷するところ、複数のトランジスタ素子を選択的に導通させることで、第1トランジスタを分割して試験することができる。これにより、一度に流れる電流量を小さくできるため、プローブの損傷を防止できる。
半導体チップの検査工程では、イミュニティ試験が行われ、たとえばトランジスタに大電流を流しても、機能、安全性に問題がないことを確認される。プローブに、許容値を超える大電流を流すと、プローブが損傷するところ、トランジスタ素子ごとに独立したパッドを設けることで、パッド当たりに流す電流量を小さくできるため、プローブの損傷を防止できる。
VCS=K×R×I1
Kはカレントミラー回路114のミラー比である。
VCS=Ki×R×I1
となる。電流調節回路100が定電流レギュレータとして動作する場合、VCSが基準電圧VREFに近づくようにフィードバックがかかる。このとき電流I1の目標値IREFは、
IREF=VREF/(Ki×R)
となる。したがって抵抗116の抵抗値Rと基準電圧VREFの少なくとも一方を可変とすることにより、電流I1の目標値IREFを制御することができる。
ICURLIM=VREF/(Ki×R)
となる。したがって抵抗116の抵抗値Rと基準電圧VREFの少なくとも一方を可変とすることにより、電流I1の上限値ICURLIMを制御することができる。
理解の容易化、説明の簡潔化のため、具体的な数値を例示する。N=2であり、定格電流の範囲が、N=2個のレンジに分割される。電流I1の定格が5mA〜500mAであり、それが第1レンジ5mA〜50mAと第2レンジ50mA〜500mAに分けられる。
(1) 第1レンジ
I1=5mAであるとき、トランジスタ素子Tr1(第1トランジスタM1)のドレインソース間電圧は10mVとなる。エラーアンプ120のオフセット電圧VOFS=5mVの影響により、第2トランジスタM2のドレインソース間電圧は、15mVに安定化される。
I1=50mAであるとき、トランジスタ素子Tr1(第1トランジスタM1)のドレインソース間電圧は10mVとなる。エラーアンプ120のオフセット電圧VOFS=5mVの影響により、第2トランジスタM2のドレインソース間電圧は、15mVに安定化される。
図3は、第1実施例に係る電流調節回路100Aの回路図である。トランジスタ素子Tr1,Tr2および第2トランジスタM2はそれぞれ、直列に接続された2個のPチャンネルFETを含む。2個のFETは、バックゲートが共通に接続されており、それぞれのボディーダイオードが逆向きとなっている。
トランジスタコントローラ130は、調節対象の電流I1のレンジを切りかえるとき、一旦、複数のトランジスタ素子Tr1〜TrNのすべてをオフし、その後、第1トランジスタM1の制御端子の電圧VGを緩やかに変化させる。これをソフトスタート動作と称する。
図6は、第2実施例に係る電流調節回路100Bの回路図である。電流調節回路100Bは、第2の付加機能を有する。電流調節回路100Bは、図2の電流調節回路100に加えて、強制オフ回路140を備える。強制オフ回路140は、トランジスタコントローラ130とは別に設けられ、電流検出信号VCSが所定のしきい値VTHを超えると、第1トランジスタM1をターンオフする。
図7は、第3実施例に係る電流調節回路100Cの一部を模式的に示す図である。この電流調節回路100Cは、ひとつの半導体チップ(ダイ)150に一体集積化される。そして複数のトランジスタ素子Tr1〜TrNのドレイン、ソースそれぞれに独立してパッドPADが設けられる。電流調節回路100のパッケージの種類は限定されない。ドレイン側の複数のパッドPADは、入力端子INに対応するピンPIN1と電気的に接続され、ソース側の複数のパッドPADは、出力端子OUTに対応するピンPIN2と電気的に接続される。接続にはワイヤボンディングなどを用いることができるがその限りではない。
続いて電流調節回路100の用途を説明する。電流調節回路100は、電源管理回路200に好適に利用できる。電源管理回路200は、PMIC(Power Management IC)とも称され、スマートホンやタブレット端末、デジタルカメラやコンピュータなどの電子機器に搭載され、電源に関連する処理全般を司る。図8は、電源管理回路200を備える電子機器300のブロック図である。
第1トランジスタM1を構成するトランジスタ素子Trの個数や、有効、無効の制御は、上述したそれらに限定されない。たとえば複数のトランジスタ素子Tr1〜TrNを、電流レンジに応じて、1個だけ有効となるように排他的に制御してもよい。あるいはトランジスタ素子Tr1〜TrNのサイズ(オン抵抗)をバイナリで重み付けして、任意のトランジスタ素子Tr1〜TrNを有効にできるようにしてもよい。
トランジスタコントローラ130の構成は特に限定されず、公知のさまざまなフィードバック回路を用いることができる。
図中、FETで示されるトランジスタはバイポーラトランジスタで構成してもよい。また、任意の部分において、PチャンネルとNチャンネルを置換して天地を反転した構成も有効である。
Claims (12)
- 入力ノードから出力ノードに流れる電流を調節する電流調節回路であって、
第1端が前記入力ノードと接続され、第2端が前記出力ノードと接続されるP型の第1トランジスタと、
その第1端が前記入力ノードと接続され、その制御端子が前記第1トランジスタの制御端子と接続されたP型の第2トランジスタと、
前記第2トランジスタに流れる電流の経路上に設けられた抵抗と、
前記第2トランジスタの第2端の電圧を前記出力ノードの電圧に揃える安定化回路と、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタの前記制御端子に供給すべき制御電圧を、前記抵抗の電圧降下に応じた電流検出信号にもとづいて調節するトランジスタコントローラと、
を備え、
前記第1トランジスタは、並列に接続された複数のトランジスタ素子を含み、前記複数のトランジスタ素子の少なくともひとつは、有効、無効が切りかえ可能に構成され、
前記第2トランジスタはサイズが固定され、
前記入力ノードから前記出力ノードに流れる調節対象の電流のレンジに応じて、前記複数のトランジスタ素子それぞれの有効、無効が制御されることを特徴とする電流調節回路。 - 前記トランジスタコントローラは、前記調節対象の電流のレンジを切りかえるとき、一旦、前記複数のトランジスタ素子の前記制御端子の電圧を、前記第1トランジスタの前記第1端の電圧まで上昇させることによりすべてをオフし、その後、前記第1トランジスタの前記制御端子の電圧を変化させることを特徴とする請求項1に記載の電流調節回路。
- 前記トランジスタコントローラは、前記調節対象の電流のレンジを切りかえに際して、それまで無効であった前記トランジスタ素子が新たに有効化されるとき、一旦、前記複数のトランジスタ素子の前記制御端子の電圧を、前記第1トランジスタの前記第1端の電圧まで上昇させることによりすべてをオフし、その後、前記第1トランジスタの前記制御端子の電圧を変化させることを特徴とする請求項1に記載の電流調節回路。
- 前記トランジスタコントローラとは別に設けられ、前記電流検出信号が所定のしきい値を超えると、前記第1トランジスタをターンオフする強制オフ回路をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電流調節回路。
- 前記強制オフ回路は、
前記電流検出信号を前記しきい値と比較し、前記電流検出信号が前記しきい値を超えるとアサートされるオフ信号を生成する電圧コンパレータと、
前記第1トランジスタの前記第1端と前記第1トランジスタの前記制御端子の間に設けられ、前記オフ信号のアサートに応答してターンオンする第3トランジスタと、
を含むことを特徴とする請求項4に記載の電流調節回路。 - ひとつの半導体チップに一体集積化されており、
前記複数のトランジスタ素子のすべてを同時にオンさせずに、イミュニティ試験が行われることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電流調節回路。 - 前記トランジスタコントローラは、前記電流検出信号が所定の上限値を超えないように前記第1トランジスタの前記制御端子の電圧を調節することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の電流調節回路。
- 前記トランジスタコントローラは、前記電流検出信号が所定の目標電圧に近づくように前記第1トランジスタの前記制御端子の電圧を調節することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の電流調節回路。
- 前記トランジスタコントローラは、
前記第1トランジスタの前記第1端と前記第1トランジスタの前記制御端子の間に設けられた第4トランジスタと、
前記電流検出信号を受ける第1入力端子と、基準電圧を受ける第2入力端子と、前記第4トランジスタの制御端子と接続される出力端子と、を有するエラーアンプと、
を含むことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の電流調節回路。 - 外部からの直流電圧を受ける入力端子と、
システム端子と、
バッテリが接続されるバッテリ端子と、
前記入力端子から前記システム端子に流れる電流を制限する入力電流制限回路と、
を備え、
前記入力電流制限回路は、請求項7に記載の電流調節回路を含むことを特徴とする電源管理回路。 - 外部からの直流電圧を受ける入力端子と、
システム端子と、
バッテリが接続されるバッテリ端子と、
前記入力端子から前記システム端子に流れる電流を制限する入力電流制限回路と、
前記入力端子から前記バッテリ端子に流れる電流を調節する充電回路と、
を備え、
前記入力電流制限回路は、請求項7に記載の電流調節回路を含み、
前記充電回路は、請求項8に記載の電流調節回路を含むことを特徴とする電源管理回路。 - 外部からの直流電圧を受ける入力端子と、
バッテリが接続されるバッテリ端子と、
前記入力端子から前記バッテリ端子に流れる電流を調節する充電回路と、
を備え、
前記充電回路は、請求項8に記載の電流調節回路を含むことを特徴とする電源管理回路。
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